智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法與系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法與系統，系統包括監測主機，監測主機與運動鏈上、各運動副的對應傳感器通訊連接；該監測主機用于監測運動鏈中至少兩個運動副的運動參數，并且進行實時記錄；根據各運動副之間的傳動關系，通過對運動副記錄信息的比對、判斷，評估運動鏈的傳動性能。本發明的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，不再通過單一的運動副數據來表示整個運動鏈的運動性能，而是根據運動鏈中選取的若干運動副之間的傳動關系，綜合分析判斷整個運動鏈性能。
【專利說明】智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法與系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法與系統。
【背景技術】
[0002]國內外對斷路器狀態監測這個課題都作過許多研宄，一些科研單位和廠家對斷路器機械特性監測和故障診斷方面進行了有益的探索，也有一些很好的應用。但是這些產品所采用的方式基本都是在操動機構的主傳動軸上安裝一個行程傳感器，通過傳感器測量機構某處的運動量來替代性地表征操動機構的整體運動特征。
[0003]這種方式雖然可以在一定程度上說明高壓開關操動機構的運動情況，但并不能完整地呈現出操動機構的整體運動特征。對于全面評估高壓開關操動機構的健康狀況以及趨勢分析缺乏有力的數據支持。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法與系統，用以解決現有狀態監測評估方式不夠全面、可信度低的問題。
[0005]為實現上述目的，本發明的方案包括:
[0006]智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，監測運動鏈中至少兩個運動副的運動參數，并且實時記錄；根據各運動副之間的傳動關系及采集到的數據對比，然后判斷和評估整個運動鏈的傳動性能。
[0007]通過對比各運動副的運動參數-時間曲線，判斷運動參數達到極值的時刻是否在設定范圍內，以確定運動鏈的同步性是否達到要求。
[0008]通過與標準數據的對比，確定運動鏈的同步性是否達到要求，標準數據是通過對一個達標的運動鏈進行測試獲得。
[0009]所述運動參數包括角速度、角加速度以及位移、速度和加速度。
[0010]通過加速度傳感器測量轉動副的轉動角度。
[0011]通過在靜態位置安裝參照加速度傳感器用于補償運動副處加速度傳感器。
[0012]智能高壓開關設備機械狀態監測評估系統，其特征在于，包括監測主機，監測主機與運動鏈上、各運動副的對應傳感器通訊連接；該監測主機用于監測運動鏈中至少兩個運動副的運動參數，并且實時記錄；根據各運動副之間的傳動關系，通過對運動副記錄信息的比對、判斷，評估運動鏈的傳動性能。
[0013]本發明的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，不再通過單一的運動副數據來表示整個運動鏈的運動性能，而是根據運動鏈中選取的若干運動副之間的傳動關系，綜合分析判斷整個運動鏈性能。
[0014]在選擇傳感器時，通過加速度傳感器替代以往的編碼器，便于安裝；在靜態位置安裝振動記錄點，可通過適當的補償方法有效地抵消了機械振動對測量結果的不利影響，使得測量結果更加真實可靠。
[0015]最后提供一種基于上述方法的監測評估系統，以實施上述方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的一種監測系統構成框圖；
[0017]圖2是本發明實施案例所對應的運動部件；
[0018]圖3是雙軸角度計算模式。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明。
[0020]圖1為監測評估系統的硬件構成，包括監測主機，監測主機與運動鏈上、各運動副的對應傳感器通訊連接；該監測主機用于監測運動鏈中至少兩個運動副的運動參數，并且實時記錄；根據各運動副之間的傳動關系，通過對運動副記錄信息的比對、判斷，評估運動鏈的傳動性能。監測主機與各傳感器的通訊手段包括SP1、CAN總線等串行通訊方式。
[0021]根據對目前高壓開關的調查研宄，高壓開關操動機構的傳動系統絕大多數是以平面四連桿機構及曲柄滑塊機構組合構成的運動鏈。根據機構學理論，平面四連桿機構和曲柄中主要的運動副包括轉動副(如鉸鏈)和移動副(如滑塊)。對于這些機構，可以利用鉸鏈在運動中的角位移、角速度、角加速度以及滑塊在運動中的位移、速度和加速度來表征整個運動鏈的運動特征。
[0022]下面給出一個實施例，該實施例是針對上述基本方案的一個最簡單的例子，針對兩個運動部分，即如圖2拐臂與滑塊構成的運動鏈，拐臂與滑塊的傳動關系為:拐臂帶動滑塊運動，即拐臂輸入端的轉動轉化為滑塊的平移。那么相應的監測評估系統中，只需要測量滑塊的平移運動量h，以及測量拐臂輸入端轉動的角度Θ。
[0023]在系統中，設置相應的傳感器測量拐臂的轉動角度Θ和滑塊的平移h，并且進行實時記錄。為了評估該運動鏈的同步性，需要將轉動角度Θ和滑塊的平移h的信息進行綜合分析判斷。
[0024]具體的，根據拐臂與滑塊之間的傳動關系，分析判斷的具體手段包括:
[0025]1，將轉動角度Θ的數據形成轉動角度-時間曲線，將滑塊的平移h數據形成距離-時間曲線；然后比較達到最大轉動角度的時刻與平移到最大距離的時刻，若這兩個時刻之間的差值在允許的范圍內，則認為該運動鏈的同步性達標。反之，則不達標。
[0026]2，將轉動角度Θ的數據形成轉動角度-時間曲線，將滑塊的平移h數據形成距離-時間曲線后，根據時間的對應關系得到轉動角度-平移距離曲線，然后將該曲線與標準曲線進行對比，曲線差異越大，則表明同步性越差。標準曲線通過對一個達標的運動鏈進行測試獲得，比如通過測試得到一個達標運動鏈的轉動角度Θ-平移h曲線。
[0027]基于上述思路，為了對運動的同步性進行監測評估，也可以采用更多的手段。如上述手段I用到了最大轉動角度和最大平移距離，是因為這兩個對應數據比較容易選取，實際上也可以選取其他對應的數據，如一半轉動角度和一半平移距離；再比如從數據中提取加速度信息進行比對等。
[0028]以上實施例是僅有兩個運動副的簡單運動鏈，作為其他實施方式，顯然可以擴展為三個或三個以上的運動副構成的運動鏈，那么就需要在多個運動副的相應位置設置傳感器，測量其運動量，然后多個運動副的運動量-時間數據綜合分析判斷。
[0029]除了評價同步性，還可以對協調性等進行評估，可以根據以上思路由本領域技術人員根據協調性要求設計評估方式。
[0030]本發明中的多數傳感器，如角度傳感器，可以采用加速度傳感器替換。如，角度傳感器可以采用的Analog Devices, Inc.公司的ADIS16203型號360度可編程傾角傳感器，該型號傳感器的角度測量原理基于重力加速度進行的角度測量的，利用重力加速度在被測機構轉動角度后產生的分量來計算角度。該角度傳感器支持單軸角度計算(適用于轉角有限制，并且精度要求不高的情況)、雙軸角度計算(適用于平面角度旋轉，旋轉角度可以達到360度)和三軸角度(適用于空間角度旋轉)計算等形式。如圖3，雙軸角度計算模式，在機構的兩個垂直方向安裝兩個傾角傳感器X、Y，可通過計算獲得。
[0031]Ax out= Ig X sin( Θ )
[0032]AY，0UT= Ig X cos ( θ )
[0033]θ = tarT1 (Αχ，ουτ/Αγ，ουτ)
[0034]g-重力加速度；θ -轉角。和單方向測量相比，使用兩個方向測量角度，可以消除加速度絕對值疊加導致的誤差，使用相對法測算更準確，并且能夠消除重力平面的誤差影響。
[0035]在操動機構中，由于高壓開關在分、合動作時振動非常大，實際工程中，由于這些振動引起的加速度干擾了重力加速度的測量，往往將導致一個不正確的計算結果。為了抵消外界振動對測量結果的影響，可以利用了一個處于靜態位置的加速度傳感器。這個傳感器在高壓開關動作時并沒有角度變化，但是它記錄了此刻的振動變化。通過這個傳感器的紀錄值對實際傾角測量點的加速度進行補償，將傾角測量點的振動影響消除。由此消除了機械振動對傳感器采集數據的影響。
[0036]具體來說，是在距離轉臂最近的靜止位置(不發生轉動的位置)安裝參照加速度傳感器，在被測機構上安裝角度測量傳感器(也是加速度傳感器)，通過將角度測量傳感器測量得到的加速度分量減去參照加速度傳感器測量值的差值作為實際角度轉動計算輸入(上述公式)，這樣就能夠盡可能的減少震動對于角度傳感器的影響。
[0037]在高壓開關傳動系統的轉動副上安裝加速度傳感器較以往的測量方法具有以下有益效果:空間占用位置較光柵編碼器小很多，且便于安裝；便于部署傳感器的好處使得在多處轉動副上安裝傾角測量采集成為可能；能夠更加充分地表現高壓開關操動機構的運動特征。測量結果所含信息量較傳統方法更為豐富。在靜態位置安裝振動記錄點，有效地抵消了機械振動對測量結果的不利影響，使得測量結果更加真實可靠。通過各個轉動副數據的真實記錄，有效地反映高壓開關操動機構運動特征，為進一步進行數據分析提供了基礎。
[0038]以上給出了具體的實施方式，但本發明不局限于所描述的實施方式。本發明的基本思路在于上述基本方案，對本領域普通技術人員而言，根據本發明的教導，設計出各種變形的模型、公式、參數并不需要花費創造性勞動。在不脫離本發明的原理和精神的情況下對實施方式進行的變化、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，其特征在于，監測運動鏈中至少兩個運動副的運動參數，并且實時記錄；根據各運動副之間的傳動關系及采集到的數據對比，然后判斷和評估整個運動鏈的傳動性能。
2.根據權利要求1所述的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，其特征在于，通過對比各運動副的運動參數-時間曲線，判斷運動參數達到極值的時刻是否在設定范圍內，以確定運動鏈的同步性是否達到要求。
3.根據權利要求1所述的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，其特征在于，通過與標準數據的對比，確定運動鏈的同步性是否達到要求，標準數據是通過對一個達標的運動鏈進行測試獲得。
4.根據權利要求1所述的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，其特征在于，所述運動參數包括角速度、角加速度以及位移、速度和加速度。
5.根據權利要求1所述的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，其特征在于，通過加速度傳感器測量轉動副的轉動角度。
6.根據權利要求1所述的智能高壓開關設備機械狀態監測評估方法，其特征在于，通過在靜態位置安裝參照加速度傳感器用于補償運動副處加速度傳感器。
7.智能高壓開關設備機械狀態監測評估系統，其特征在于，包括監測主機，監測主機與運動鏈上、各運動副的對應傳感器通訊連接；該監測主機用于監測運動鏈中至少兩個運動副的運動參數，并且實時記錄；根據各運動副之間的傳動關系，通過對運動副記錄信息的比對、判斷，評估運動鏈的傳動性能。
【文檔編號】G01M13/00GK104502074SQ201410717187
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月1日 優先權日:2014年12月1日
【發明者】孫銀山, 張文濤, 張一茗, 李少華, 高群偉, 宋亞凱, 劉逸凡, 宋玉剛 申請人:平高集團有限公司, 國家電網公司